GPS2020封装为球栅阵列(BGA),有46个引脚,它们的排列如图所示,其中绝大多数引脚用于特殊场合。
EAl9、EA20:直流电压输入端(VCC)。
EA22、EA40、EA41、EA42、EA43:电源地(GND)。
EA21、EA23、EA39、EA44:信号地(RFGND)。
EAl:复位信号输入端(RESET)。
EA45:GPS天线输入(ANT)。
EA46:GPs时钟输入(GPS CLK)。
EA7:秒脉冲输出(TIMEMARK)。
EAll:串行数据输出A(TXDA)。
EAl2:串行数据输入A(RXDA)。
EAl3:串行数据输出B(TXDB)。
EAl4:串行数据输入B(RXDB)。
主要特点
●包含1个12通道数字无线接收机、8Mbit闪存和1个32位50MHz的处理器。
●专门为无线因特网应用而设计,可使便携式电话、个人数字助理和笔记本电脑具有漫游和地理位置定位的功能。
●数据传输率快、体积小、功耗低。
●可以用有源或无源天线,甚至可以和移动电话共用天线,这是GPS2020所特有的。
●应用在车辆监控系统中,使车载台的功耗大大降低,而且体积小、价格便宜,容易为用户所接受。
主要参数
●接收通道:l2通道并行接收。
●最小可接收信号:-140dBm。
● 载体最高运行速度:l852km/h。
●最大接收高度:l8300m。
●数据更新率:1s。
●启动时间:冷启动45s,温启动38s,热启动8s。
●重捕获时间:100ms。
●定位精度:l5m(关闭SA)。
●天线输入阻抗:50n。
●温度范围:一40~+85℃。
● 体积:l3minx l5mm)<3.75mm。
● 电源电压:3.3V。
● 电流:TricklePower模式lmA;CPU state模式30mA;全功能跟踪状态145mA。
工作原理
(1)串行通信协议
GPS2020模块提供了3个串行通信协议。
(I)NMEA-0183版本3.0(National Marine Electronics Association),为工业标准输出,数据采用AN—S1标准,采用串行非同步传送,其中1位起始位、8位数据位、1位停止位,无奇偶校验,波特率为4800b/s,支持如下6种数据格式:GGA(GPS的固定数据);GLL(当前位置的地理坐标);GSA(GPS星座的几何精度因子);GSV(可视卫星状态);RMC(推荐的最小特殊传输数据);VTG(对地航向和航速)。
QSiRF二进制,这是一种SiRF产品使用的标准接口协议,由于GPS2020内部的RF芯片是SiRFTechnology的SiRF starIl,所以GPS2020支持这种格式。
③应客户要求的改进消息。
(2)结构特点
GPS2020模块内集成了3块集成电路:RF接收器、基带处理器和Flash存储器, 其中基带处理器包括一个ARM处理器内核 和一个DSP引擎。其方框图如图所示,GPS2020的射频部分包括两个低噪声放大器(LNA)和声表面滤波器(SAWF)以及锁相环路(PLL)滤波器、自动增益控制(AGC)放大器、模数转换器(ADC)
等。数字部分除了ARM7处理器和DSP引擎外,还包括128KbitsRAM和2KbitsSRAM。利用ARM7处理器可以计算出位置、速度和时间,并按照一定的格式(NMEA和SiRF二进制)从一个串口中输出以供
外界使用。模块内部8Mbit的Flash Memory中仅有4Mbit供GPS系统使用,而另外的4Mbit可以留给用户。
GPS2020提供有高级电源管理功能以进一步降低功耗,与其他GPS相比,这是其另一个非常突出的特性。该功能把模块的操作分成3种不同的操作模式:TricklePower模式、CPU State模式和Push-t0—Fix模式。每一种操作模式对应一种电源管理方案,这样内部各功能块处于不同的活动状态,从而有效的降低了功耗,减轻了电源负担并防止了内部过热现象的发生。在TricklePower模式,射频芯片可以按照两个用户指定的可编程参数来刷新频率(Update rate)和接通时间(OnTime),以便系统能够有规律地循环供电;数字芯片的时钟由射频芯片产生,因此在射频芯片休眠期间,它处于非激活状态;数字芯片的实时时钟部分在每当射频部分送来新的数据就产生一个中断,以激活ARM处理器,而ARM处理完数据后就处于休眠状态直到下一次激活。在CPU State模式,ARM始终工作而DSP的电源被关闭,因此在这种模式下,GPS接收器处于非跟踪状态。在Push-t0—Fix模式,接收器周期性(大约每30分钟一次)供电以更新卫星星历、历书和校正时钟,当任务完成后自动关闭电源进入休眠状态,同时确定下一次唤醒时间。
应用电路
GPS/GSM车辆监控系统是一种集GPS全球定位技术、GIS技术、显示技术、计算机技术、通信技术、信号处理技术、自动控制等技术于一体的多功能、智能化的监控系统。该系统一般由三部分组成:安装在移动车辆上的车载部分、监控中心和两者之间的通信网络。其中,车载部分目前随着全国的移动通信网络的建成和短消息业务的开通,特别是体积小、功耗低的GPS模块的推出,已开发出许多面向民用的监控导航系统,文中的GPS/GSM车辆监控系统就是其中一种,它是由GPS2020为核心的车载台、GSM移动通信系统为通信网络和基于GIS功能的监控中心三部分构成的集监控、调度、报警于一体的覆盖范围广、容量大、实时性强、全天候的车辆监控系统。以下重点介绍车载台部分。
GPS/GSM车辆监控系统的车载台由GPS2020、GSM模块和单片机控制系统三部分组成。图8—14—3所示是其组成框图。单片机采用51系列新一代高性能8位机8758,GSM模块采用Siemens TC35,支持GSM phone 2+、双频、3.3~5.5V电源,且体积仅为54.5mm×36mm×6.85mm。GPS天线采用Tri-M Systems的Micro Sky-master有源天线,外形尺寸为33.9mmX 25.20mmX l0.60mm,是业界最小的有源全球定位系统(GPS)天线,典型情况下可提供24dB的增益,且具有许多大型天线的特点。整个车载台结构紧凑,空间安排合理。既可以安装在车内,也可以安装在车外,而且价格适中,特别适合普通车辆使用。
在该监控系统中,车载台将通过GPS2020获取移动车辆的位置信息,当它捕获到4颗以上的GPS卫星后就可以实时确定车辆的位置信息,包括:经纬度、速度、方向等,然后单片机控制系统便可把这些位置信息打包成GSM的短消息内容,再通过车载台上的GSM无线调制解调器将这些信息包通过GSM移动通信网传送到监控中心,监控中心接收到这个信息包后,可从中提取被监控车辆的具体位置信息,最后显示在监控中心的电子地图上。同样,GSM无线调制解调器也可以将监控中心的命令传送到移动的车载台上,并通过上述方式来完成车辆的监控调度等功能。